JP4207552B2 - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いる内燃機関では、燃料タンク内に気体燃料（メタンガス等）が圧縮状態で貯蔵されており、気相状態の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御では、まず、吸入空気量と機関回転速度等から燃料噴射量が求められ、この燃料噴射量の燃料を燃焼室に供給するのに必要な燃料噴射時間、すなわち燃料噴射弁の開弁時間が算出される。
【０００３】
ここで、燃料として圧縮天然ガスを用いる内燃機関では、燃料タンク内の気体燃料が過度に減少するなどして同タンク内の圧力が低下すると、燃料の噴射圧も低下するようになる。このように燃料の噴射圧が低下すると、単位時間当たりの燃料噴射量が減少する。そのため、要求された燃料噴射量を燃焼室内に供給するためには、噴射圧が低下するほど燃料噴射時間を長くする必要がある。しかし、燃料を燃焼室に供給することのできる時間には限界があり、通常、燃料噴射時間は機関回転速度に応じた最大燃料噴射時間以上の値をとることはできない。従って、この最大燃料噴射時間をもってしても、要求される燃料噴射量を噴射しきれないほど噴射圧が低下した場合には、燃焼室に供給される燃料量が不足するようになる。
【０００４】
他方、近年の内燃機関の排気系には、排気中の有害成分を浄化するための触媒が設けられている。この触媒は上述したような燃料不足の状況下において損傷するおそれのあることが知られている。
【０００５】
例えば、燃料不足によって失火が起き、未燃焼ガスが排気通路に導入されると、高温になっている触媒上で未燃焼ガスが燃焼し、同触媒が過熱されてしまう。
また、燃料不足によって混合気の空燃比がリーンになり、排気中の酸素濃度が高くなる場合には、高温になっている触媒の劣化が進行し、これによっても触媒が損傷してしまうおそれがあることも知られている。
【０００６】
そこで、このような圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関での燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑えるために、例えば特許文献１に記載の装置では、燃料噴射圧が低下すると断続的に燃料カットを行うようにしている。このように燃料カットを行えば、未燃焼ガスの発生が抑えられるため、上述したような未燃焼ガスに起因する触媒の損傷を抑制することができるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４５９２１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の装置では、断続的に燃料カットを行うようにしているため、燃料カット実行中には排気通路に空気のみが導入される。そのため、上述したような酸素濃度の高い雰囲気中で進行する触媒の劣化までも抑えることは難しい。
【０００９】
なお、圧縮天然ガス用の内燃機関に限らず、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料噴射圧の低下に起因する上記不具合は概ね共通のものになっている。
【００１０】
この発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑制することのできる内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を理論空燃比とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行うことを要旨としている。
【００１２】
上記発明によれば、そのときの燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比（理論空燃比）にするための吸入空気量を第２の吸入空気量としている。従って、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合であっても、目標吸入空気量として少なくともこの第２の吸入空気量が設定されれば、空燃比を目標空燃比にすることができる。
そして、このような第２の吸入空気量と、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方が目標吸入空気量として設定される。従って、目標吸入空気量として第２の吸入空気量以上の吸入空気量が設定されることはなく、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。また、上記目標空燃比として理論空燃比が設定されることにより、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられるため、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００１５】
（２）請求項２に記載の発明は、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を排気系の触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行うことを要旨としている。
【００１６】
上記発明によれば、そのときの燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比（排気系の触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値）にするための吸入空気量を第２の吸入空気量としている。従って、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合であっても、目標吸入空気量として少なくともこの第２の吸入空気量が設定されれば、空燃比を目標空燃比にすることができる。
そして、このような第２の吸入空気量と、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方が目標吸入空気量として設定される。従って、目標吸入空気量として第２の吸入空気量以上の吸入空気量が設定されることはなく、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。
ここで、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒の損傷は抑制することができる。上記発明ではこの点を考慮し、実験等を通じて設定され、かつ触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値を上記目標空燃比として設定している。従って、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００１９】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを、燃料の噴射圧に基づいて判定することを要旨としている。
【００２０】
燃料の噴射圧が高い場合、すなわち運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧であれば、上述したような燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷は生じにくい。そこで上記発明では、燃料の噴射圧に基づき、上記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを判定するようにしている。従って、触媒損傷のおそれがないときには上記目標吸入空気量の設定がなされなくなり、例えば該設定を行う制御装置の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【００２１】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記吸入空気量を表すパラメータとして、吸入空気量を調量する調量機構の制御量が用いられることを要旨としている。
【００２２】
上記発明によれば、吸入空気量を調量する調量機構によって、上記第１の吸入空気量や第２の吸入空気量が実際に確保される。従って、実際の吸入空気量を上記目標吸入空気量に合わせることができるようになる。
【００２３】
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記調量機構の制御量として、吸気通路内に設けられるスロットル弁の開度が用いられることを要旨としている。
【００２４】
上記発明によれば、スロットル弁の制御量、すなわちスロットル開度が上記目標空気量を確保することのできる開度に設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【００２５】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記内燃機関は、気体燃料を用いる内燃機関であることを要旨としている。
【００２６】
気体燃料を用いる内燃機関では、燃料タンク内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧が低下しやすく、他の燃料を用いる内燃機関よりも、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷が起こりやすい。この点、気体燃料を用いる内燃機関に、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発明の構成を適用する上記（６）に記載の構成によれば、こういった問題を有効に解決することができるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置を具体化した一実施の形態について図１、図２に基づき、詳細に説明する。
【００３１】
図１は、この吸入空気量制御装置が適用された圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関２と、その燃料供給系を示す概略構成図である。
この内燃機関２は複数の気筒を有し、吸気通路４から吸入される空気及び燃料噴射弁１６から噴射される燃料からなる混合気がシリンダ２ａ及びピストン２ｂによって区画形成される燃焼室２ｃに吸入される。そして、この混合気は燃焼室２ｃに備えられる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排気として前記燃焼室２ｃから排気通路１８へ排出される。
【００３２】
吸気通路４内には、吸入空気量の調量機構を構成するスロットル弁６が配設されており、このスロットル弁６の開度はアクチュエータ１２によって調整される。また、排気通路１８の途中には、排気中の有害成分を浄化する触媒１９が設けられている。
【００３３】
内燃機関２の燃料供給系は、燃料タンク３０、高圧燃料配管３１、低圧燃料配管３３、減圧弁３２、デリバリパイプ３４、並びに複数の気筒に対応して設けられた燃料噴射弁１６（図１には１つのみ図示）等から構成されている。
【００３４】
燃料タンク３０には、圧縮された気体燃料（例えばメタンガス等）が気相状態で貯蔵されている。この燃料タンク３０内と減圧弁３２とが、高圧燃料配管３１が接続されている。
【００３５】
減圧弁３２は、燃料タンク３０内の気体燃料を減圧して燃料噴射弁１６に供給するための弁であり、この減圧弁３２とデリバリパイプ３４との間には、低圧燃料配管３３によって接続されている。
【００３６】
デリバリパイプ３４には、内燃機関２の各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁１６が接続されており、このデリバリパイプ３４は、低圧燃料配管３３から供給された気体燃料を各燃料噴射弁１６に供給する燃料分配管とされている。
【００３７】
このデリバリパイプ３４には、同デリバリパイプ３４内の燃料圧力、換言すれば燃料の噴射圧ＰＦを検出する燃圧センサ２２が配設されている。
他方、前記内燃機関２には、上記燃圧センサ２２の他にも、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば内燃機関２の出力軸であるクランクシャフトに近接して設けられる機関回転速度センサ２３は、内燃機関２（クランクシャフト）の機関回転速度ＮＥを検出する。また、吸気通路４内に設けられる吸入空気量センサ２０は、吸入空気量ＧＮを検出する。また、スロットル開度センサ２１は、スロットル弁６の開度、すなわちスロットル開度を検出する。また、アクセル開度センサ２４は、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度ＡＣＣＰを検出する。
【００３８】
上記内燃機関２の燃料噴射制御やスロットル弁の開度制御等の各種制御は、電子制御装置１０によって行われる。この電子制御装置１０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば電子制御装置１０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が設けられている。また電子制御装置１０には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、吸入空気量センサ２０、スロットル開度センサ２１、燃圧センサ２２、機関回転速度センサ２３、アクセル開度センサ２４等からの出力信号は前記入力インターフェースに入力される。これら各センサ等により、内燃機関２の運転状態が検出される。
【００３９】
一方、出力インターフェースは、内燃機関２の各燃料噴射弁１６を駆動する駆動回路、及びアクチュエータ１２を駆動する駆動回路等に接続されている。そして、電子制御装置１０は上記各センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従って、各燃料噴射弁１６の開弁時間、すなわち燃料噴射時間やスロットル弁６の開度等を制御する。
【００４０】
さて、このように構成された電子制御装置１０では、内燃機関２が搭載された車両を運転する運転者の負荷要求に応じて、すなわちアクセル開度ＡＣＣＰ等に基づいてスロットル開度ＴＡが算出される。そして、このスロットル開度ＴＡに基づいてアクチュエータ１２の駆動量が算出され、この算出値に基づいてアクチュエータ１２が駆動されることでスロットル弁６の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。そして、この開度調整に応じて吸入空気量ＧＮが変化する。一方、吸入空気と燃料噴射弁１６からの噴射燃料とからなる混合気の空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量ＧＮに応じた燃料噴射量が電子制御装置１０によって算出され、この算出された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁１６の開弁時間、すなわち燃料噴射時間が決定される。
【００４１】
ここで、圧縮天然ガスを用いる内燃機関２では、燃料タンク３０内の気体燃料が過度に減少するなどして同燃料タンク３０内の圧力が低下すると、上記燃料噴射時間にわたり燃料噴射弁１６を開弁しても、吸入空気量ＧＮに応じて算出された燃料噴射量を噴射できなくなる。そのため、燃焼室２ｃに供給される燃料量が不足するようになる。この場合には、吸入空気量ＧＮに対する燃料の割合が少なくなり、空燃比はリーンになる。このように空燃比がリーン化する状況下では、失火に起因する未燃焼ガスが発生しやすく、また、排気中の酸素濃度も高くなる。そのため、前述したような理由により触媒１９が損傷しやすくなる。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、燃料噴射圧の低下に起因して空燃比がリーンになる状況下では、運転者の負荷要求に基づいて算出されたスロットル開度よりもスロットル弁６の開度を小さくして吸入空気量を減少させることで、空燃比のリーン化を抑制し、もって触媒１９の損傷を抑えるようにしている。
【００４３】
より具体的には、運転者の負荷要求に基づき算出される第１の吸入空気量を表すパラメータとして、スロットル開度ＴＡを用いる。また、燃圧センサ２２で検出された燃料の噴射圧ＰＦにより許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比とするための第２の吸入空気量を表すパラメータとして、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを用いる。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとするようにしている。
【００４４】
以下、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によるスロットル弁６の開度算出処理を、図２を併せ参照して詳細に説明する。
この図２は、上記開度算出処理の手順を示している。なお、本実施の形態において、この開度算出処理は、所定時間毎における割り込み処理として電子制御装置１０により繰り返し実行される。
【００４５】
この処理が開始されると、まず、アクセル開度ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥに基づいてスロットル開度ＴＡが求められる（Ｓ１１０）。
次に、燃圧センサ２２で検出された噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。この所定値ＰＦｍｉｎは、触媒１９の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値であり、予め実験等に基づいて設定されている。そして、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎよりも高いときには（Ｓ１２０でＮＯ）、触媒１９の損傷は生じ得ないと判断され、スロットル開度ＴＡがそのまま最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとして設定され（Ｓ１３０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、スロットル開度ＴＡ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度は運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【００４６】
一方、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下のときには（Ｓ１２０でＹＥＳ）、触媒１９の損傷が生じるおそれがあるとして、以下の処理が引き続き行われる。
まず、噴射圧ＰＦ、機関回転速度ＮＥに基づき、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが求められる（Ｓ１４０）。この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘは、噴射圧ＰＦにおいて許容される燃料の最大噴射量に対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度であり、次のようにして求められる。
【００４７】
まず、燃料噴射が可能な噴射時間は、機関回転速度ＮＥの増加に伴って短くなる傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の機関回転速度ＮＥにおける最大燃料噴射時間ＴＡＵｍａｘが算出される。また、燃料噴射時間内に噴射される燃料量は、噴射圧ＰＦが低くなるにつれて減少する傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の噴射圧ＰＦにおいて、最大燃料噴射時間ＴＡＵｍａｘ内に噴射できる最大燃料噴射量Ｑｍａｘが算出される。すなわち、現在の噴射圧ＰＦにより許容される燃料の最大噴射量が算出される。そして、この最大燃料噴射量Ｑｍａｘにおいて空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が求められ、この求められた吸入空気量が得られるスロットル開度として、上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが求められる。
【００４８】
次に、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘと上記スロットル開度ＴＡとが比較される（Ｓ１５０）。そして、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上である場合には（Ｓ１５０でＹＥＳ）、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定され（Ｓ１６０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度は、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度に調整される。
【００４９】
他方、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ未満である場合には（Ｓ１５０でＮＯ）、スロットル開度ＴＡが最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定され（Ｓ１３０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、スロットル開度ＴＡ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【００５０】
このように、本実施の形態における開度算出処理では、噴射圧ＰＦにおいて許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られる最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを算出するようにしている。従って、スロットル弁６の開度が、この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを越えない限り、空燃比を理論空燃比にすることができる。
【００５１】
そして、スロットル開度ＴＡが、このように設定される最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上である場合には、スロットル開度ＴＡで得られる吸入空気量が、噴射圧ＰＦにおいて噴射可能な最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して過剰になる場合であり、空燃比がリーンになる。そこで、スロットル弁６の開度は、スロットル開度ＴＡよりも小さい上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘに設定され、理論空燃比を確保し得るスロットル開度に調整されるようにしている。
【００５２】
一方、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下であっても、運転者の負荷要求に応じて算出されたスロットル開度ＴＡの値が小さく、吸入空気量ＧＮが少ないときには、要求される燃料噴射量が上記最大燃料噴射量Ｑｍａｘよりも少なくなる場合もある。この場合には、上記スロットル開度ＴＡで得られる吸入空気量でも、混合気の空燃比を理論空燃比にすることができるため、あえてスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘよりも小さくする必要はない。そこで上記開度算出処理では、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ未満である場合には、運転者の負荷要求に応じた吸入空気量を確保するべく、上記スロットル開度ＴＡにスロットル弁６の開度が調整される。
【００５３】
このように、本実施の形態では、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができるため、噴射圧の低下に起因して生じやすくなる空燃比のリーン化を回避することができ、もって触媒１９の損傷を抑えることができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）現在の噴射圧ＰＦで噴射できる最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとして算出するようにしている。
【００５５】
そして、この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘと運転者の負荷要求に基づき算出されたスロットル開度ＴＡのうち、いずれか小さい方を最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定している。従って、スロットル開度として最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上の開度が設定されることはなく、燃料の噴射圧ＰＦが低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができる。そのため、燃料の噴射圧ＰＦの低下に起因する空燃比のリーン化が回避され、触媒１９の損傷を抑制することができるようになる。
【００５６】
（２）燃料の噴射圧ＰＦと所定値ＰＦｍｉｎとの比較に基づき、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較を実行するか否かの判断を行うようにしている。そのため、触媒１９の損傷のおそれがないときには、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出やスロットル開度ＴＡとの比較が行われなくなり、同算出や比較を実行する電子制御装置１０の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【００５７】
（３）空燃比を理論空燃比にすることのできるスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとして算出するようにしている。従って、燃料の噴射圧ＰＦが低下し、空燃比がリーン化する場合であっても、空燃比が理論空燃比にされる。そのため、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられ、もって触媒１９の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００５８】
（４）吸入空気量を調量するスロットル弁６の制御量、すなわちスロットル弁６の開度と吸入空気量とは相関関係にある。そこで、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル開度ＴＡを用いるようにしている。また、そのときの燃料の噴射圧ＰＦにより許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比とすることのできる第２の吸入空気量を表すパラメータとして最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを用いるようにしている。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとするようにしている。従って、吸入空気量を調量する調量機構を構成するスロットル弁６の開度が上記スロットル開度ＴＡや最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘに設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【００５９】
（５）気体燃料を用いる内燃機関２では、燃料タンク３０内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧ＰＦが低下しやすい。このような内燃機関２に、本実施の形態にかかる吸入空気量制御装置を適用している。従って、燃料の噴射圧が低下しやすい内燃機関２において、触媒１９の損傷を抑制することができるようになる。
【００６０】
（６）本実施の形態では、触媒１９の損傷を抑制するために、前述した公報に記載の装置のような燃料カットを行っていない。そのため、燃料カットに起因するドライバビリティの悪化を防ぐこともできるようになる。
【００６１】
なお、上記各実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、触媒１９の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値を所定値ＰＦｍｉｎとして設定した。これに代えて、運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧よりも燃料の噴射圧ＰＦが低下したときには、必ず上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとして設定するようにしてもよい。例えば、触媒１９の損傷が確実に発生する噴射圧の最大値を実験等を通じて予め求め、その実験から得られた値を上記所定値ＰＦｍｉｎとして設定し、図２に示したスロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとの比較処理（Ｓ１５０）を省略するようにしてもよい。
【００６２】
・上記実施の形態では、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下のときに、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び同最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較を行うようにした。これに代えて、図２に示したＳ１２０の処理、すなわち噴射圧ＰＦと所定値ＰＦｍｉｎとの比較判定処理を省略するようにしてもよい。この場合には、噴射圧ＰＦにかかわらず、常に最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び同最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較が行われるようにはなるものの、上記実施の形態に準ずる作用効果を得ることができるようになる。
【００６３】
・上記実施の形態では、目標空燃比を理論空燃比に設定した場合の開度算出処理について説明した。ここで、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒１９の損傷は抑制することができる。この点を考慮し、目標空燃比として、触媒１９の損傷を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。
【００６４】
また、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ混合気の失火は生じにくく、触媒１９の損傷は抑制することができる。さらに、失火が生じにくい状況、すなわち燃料の燃焼が正常に行われる状況では、排気中の未燃焼ガスの量も低く抑えられている。この点を考慮し、目標空燃比として、混合気の失火発生を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。これらの場合であっても、燃料の噴射圧ＰＦの低下による触媒１９の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００６５】
・上記実施の形態では、吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル弁６の開度を用いた。この他にも、吸気バルブや排気バルブのリフト量、あるいはバルブタイミングなどを機関運転状態に応じて変更することで、吸入空気量を調量する調量機構を備える内燃機関にあっては、吸入空気量を表すパラメータとして、上記リフト量やバルブタイミングなどを用いるようにしてもよい。
【００６６】
・上記実施の形態では、燃圧センサ２２をデリバリパイプ３４に設けたが、燃料噴射弁１６の噴射圧ＰＦを検出することができる箇所であれば、どこに設けてもよい。
【００６７】
・上記実施の形態では、圧縮天然ガスを燃料として用いる内燃機関に本発明にかかる吸入空気量制御装置を適用した場合について例示した。しかしながら、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料の噴射圧が低下すると、上述した理由により触媒の損傷が生じるおそれはあり、このような各内燃機関にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態について、その概略構成を示す図。
【図２】同実施の形態によるスロットル弁の開度算出の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２…内燃機関、２ａ…シリンダ、２ｂ…ピストン、２ｃ…燃焼室、４…吸気通路、６…スロットル弁、１０…電子制御装置、１２…アクチュエータ、１６…燃料噴射弁、１８…排気通路、１９…触媒、２０…吸入空気量センサ、２１…スロットル開度センサ、２２…燃圧センサ、２３…機関回転速度センサ、２４…アクセル開度センサ、３０…燃料タンク、３１…高圧燃料配管、３２…減圧弁、３３…低圧燃料配管、３４…デリバリパイプ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いる内燃機関では、燃料タンク内に気体燃料（メタンガス等）が圧縮状態で貯蔵されており、気相状態の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御では、まず、吸入空気量と機関回転速度等から燃料噴射量が求められ、この燃料噴射量の燃料を燃焼室に供給するのに必要な燃料噴射時間、すなわち燃料噴射弁の開弁時間が算出される。
【０００３】
ここで、燃料として圧縮天然ガスを用いる内燃機関では、燃料タンク内の気体燃料が過度に減少するなどして同タンク内の圧力が低下すると、燃料の噴射圧も低下するようになる。このように燃料の噴射圧が低下すると、単位時間当たりの燃料噴射量が減少する。そのため、要求された燃料噴射量を燃焼室内に供給するためには、噴射圧が低下するほど燃料噴射時間を長くする必要がある。しかし、燃料を燃焼室に供給することのできる時間には限界があり、通常、燃料噴射時間は機関回転速度に応じた最大燃料噴射時間以上の値をとることはできない。従って、この最大燃料噴射時間をもってしても、要求される燃料噴射量を噴射しきれないほど噴射圧が低下した場合には、燃焼室に供給される燃料量が不足するようになる。
【０００４】
他方、近年の内燃機関の排気系には、排気中の有害成分を浄化するための触媒が設けられている。この触媒は上述したような燃料不足の状況下において損傷するおそれのあることが知られている。
【０００５】
例えば、燃料不足によって失火が起き、未燃焼ガスが排気通路に導入されると、高温になっている触媒上で未燃焼ガスが燃焼し、同触媒が過熱されてしまう。
また、燃料不足によって混合気の空燃比がリーンになり、排気中の酸素濃度が高くなる場合には、高温になっている触媒の劣化が進行し、これによっても触媒が損傷してしまうおそれがあることも知られている。
【０００６】
そこで、このような圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関での燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑えるために、例えば特許文献１に記載の装置では、燃料噴射圧が低下すると断続的に燃料カットを行うようにしている。このように燃料カットを行えば、未燃焼ガスの発生が抑えられるため、上述したような未燃焼ガスに起因する触媒の損傷を抑制することができるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４５９２１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の装置では、断続的に燃料カットを行うようにしているため、燃料カット実行中には排気通路に空気のみが導入される。そのため、上述したような酸素濃度の高い雰囲気中で進行する触媒の劣化までも抑えることは難しい。
【０００９】
なお、圧縮天然ガス用の内燃機関に限らず、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料噴射圧の低下に起因する上記不具合は概ね共通のものになっている。
【００１０】
この発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑制することのできる内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を理論空燃比とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行うことを要旨としている。
【００１２】
上記発明によれば、そのときの燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比（理論空燃比）にするための吸入空気量を第２の吸入空気量としている。従って、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合であっても、目標吸入空気量として少なくともこの第２の吸入空気量が設定されれば、空燃比を目標空燃比にすることができる。
そして、このような第２の吸入空気量と、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方が目標吸入空気量として設定される。従って、目標吸入空気量として第２の吸入空気量以上の吸入空気量が設定されることはなく、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。また、上記目標空燃比として理論空燃比が設定されることにより、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられるため、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００１５】
（２）請求項２に記載の発明は、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を排気系の触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行うことを要旨としている。
【００１６】
上記発明によれば、そのときの燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比（排気系の触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値）にするための吸入空気量を第２の吸入空気量としている。従って、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合であっても、目標吸入空気量として少なくともこの第２の吸入空気量が設定されれば、空燃比を目標空燃比にすることができる。
そして、このような第２の吸入空気量と、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方が目標吸入空気量として設定される。従って、目標吸入空気量として第２の吸入空気量以上の吸入空気量が設定されることはなく、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。
ここで、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒の損傷は抑制することができる。上記発明ではこの点を考慮し、実験等を通じて設定され、かつ触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値を上記目標空燃比として設定している。従って、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００１９】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを、燃料の噴射圧に基づいて判定することを要旨としている。
【００２０】
燃料の噴射圧が高い場合、すなわち運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧であれば、上述したような燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷は生じにくい。そこで上記発明では、燃料の噴射圧に基づき、上記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを判定するようにしている。従って、触媒損傷のおそれがないときには上記目標吸入空気量の設定がなされなくなり、例えば該設定を行う制御装置の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【００２１】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記吸入空気量を表すパラメータとして、吸入空気量を調量する調量機構の制御量が用いられることを要旨としている。
【００２２】
上記発明によれば、吸入空気量を調量する調量機構によって、上記第１の吸入空気量や第２の吸入空気量が実際に確保される。従って、実際の吸入空気量を上記目標吸入空気量に合わせることができるようになる。
【００２３】
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記調量機構の制御量として、吸気通路内に設けられるスロットル弁の開度が用いられることを要旨としている。
【００２４】
上記発明によれば、スロットル弁の制御量、すなわちスロットル開度が上記目標空気量を確保することのできる開度に設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【００２５】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記内燃機関は、気体燃料を用いる内燃機関であることを要旨としている。
【００２６】
気体燃料を用いる内燃機関では、燃料タンク内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧が低下しやすく、他の燃料を用いる内燃機関よりも、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷が起こりやすい。この点、気体燃料を用いる内燃機関に、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発明の構成を適用する上記（６）に記載の構成によれば、こういった問題を有効に解決することができるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置を具体化した一実施の形態について図１、図２に基づき、詳細に説明する。
【００３１】
図１は、この吸入空気量制御装置が適用された圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関２と、その燃料供給系を示す概略構成図である。
この内燃機関２は複数の気筒を有し、吸気通路４から吸入される空気及び燃料噴射弁１６から噴射される燃料からなる混合気がシリンダ２ａ及びピストン２ｂによって区画形成される燃焼室２ｃに吸入される。そして、この混合気は燃焼室２ｃに備えられる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排気として前記燃焼室２ｃから排気通路１８へ排出される。
【００３２】
吸気通路４内には、吸入空気量の調量機構を構成するスロットル弁６が配設されており、このスロットル弁６の開度はアクチュエータ１２によって調整される。また、排気通路１８の途中には、排気中の有害成分を浄化する触媒１９が設けられている。
【００３３】
内燃機関２の燃料供給系は、燃料タンク３０、高圧燃料配管３１、低圧燃料配管３３、減圧弁３２、デリバリパイプ３４、並びに複数の気筒に対応して設けられた燃料噴射弁１６（図１には１つのみ図示）等から構成されている。
【００３４】
燃料タンク３０には、圧縮された気体燃料（例えばメタンガス等）が気相状態で貯蔵されている。この燃料タンク３０内と減圧弁３２とが、高圧燃料配管３１が接続されている。
【００３５】
減圧弁３２は、燃料タンク３０内の気体燃料を減圧して燃料噴射弁１６に供給するための弁であり、この減圧弁３２とデリバリパイプ３４との間には、低圧燃料配管３３によって接続されている。
【００３６】
デリバリパイプ３４には、内燃機関２の各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁１６が接続されており、このデリバリパイプ３４は、低圧燃料配管３３から供給された気体燃料を各燃料噴射弁１６に供給する燃料分配管とされている。
【００３７】
このデリバリパイプ３４には、同デリバリパイプ３４内の燃料圧力、換言すれば燃料の噴射圧ＰＦを検出する燃圧センサ２２が配設されている。
他方、前記内燃機関２には、上記燃圧センサ２２の他にも、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば内燃機関２の出力軸であるクランクシャフトに近接して設けられる機関回転速度センサ２３は、内燃機関２（クランクシャフト）の機関回転速度ＮＥを検出する。また、吸気通路４内に設けられる吸入空気量センサ２０は、吸入空気量ＧＮを検出する。また、スロットル開度センサ２１は、スロットル弁６の開度、すなわちスロットル開度を検出する。また、アクセル開度センサ２４は、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度ＡＣＣＰを検出する。
【００３８】
上記内燃機関２の燃料噴射制御やスロットル弁の開度制御等の各種制御は、電子制御装置１０によって行われる。この電子制御装置１０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば電子制御装置１０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が設けられている。また電子制御装置１０には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、吸入空気量センサ２０、スロットル開度センサ２１、燃圧センサ２２、機関回転速度センサ２３、アクセル開度センサ２４等からの出力信号は前記入力インターフェースに入力される。これら各センサ等により、内燃機関２の運転状態が検出される。
【００３９】
一方、出力インターフェースは、内燃機関２の各燃料噴射弁１６を駆動する駆動回路、及びアクチュエータ１２を駆動する駆動回路等に接続されている。そして、電子制御装置１０は上記各センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従って、各燃料噴射弁１６の開弁時間、すなわち燃料噴射時間やスロットル弁６の開度等を制御する。
【００４０】
さて、このように構成された電子制御装置１０では、内燃機関２が搭載された車両を運転する運転者の負荷要求に応じて、すなわちアクセル開度ＡＣＣＰ等に基づいてスロットル開度ＴＡが算出される。そして、このスロットル開度ＴＡに基づいてアクチュエータ１２の駆動量が算出され、この算出値に基づいてアクチュエータ１２が駆動されることでスロットル弁６の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。そして、この開度調整に応じて吸入空気量ＧＮが変化する。一方、吸入空気と燃料噴射弁１６からの噴射燃料とからなる混合気の空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量ＧＮに応じた燃料噴射量が電子制御装置１０によって算出され、この算出された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁１６の開弁時間、すなわち燃料噴射時間が決定される。
【００４１】
ここで、圧縮天然ガスを用いる内燃機関２では、燃料タンク３０内の気体燃料が過度に減少するなどして同燃料タンク３０内の圧力が低下すると、上記燃料噴射時間にわたり燃料噴射弁１６を開弁しても、吸入空気量ＧＮに応じて算出された燃料噴射量を噴射できなくなる。そのため、燃焼室２ｃに供給される燃料量が不足するようになる。この場合には、吸入空気量ＧＮに対する燃料の割合が少なくなり、空燃比はリーンになる。このように空燃比がリーン化する状況下では、失火に起因する未燃焼ガスが発生しやすく、また、排気中の酸素濃度も高くなる。そのため、前述したような理由により触媒１９が損傷しやすくなる。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、燃料噴射圧の低下に起因して空燃比がリーンになる状況下では、運転者の負荷要求に基づいて算出されたスロットル開度よりもスロットル弁６の開度を小さくして吸入空気量を減少させることで、空燃比のリーン化を抑制し、もって触媒１９の損傷を抑えるようにしている。
【００４３】
より具体的には、運転者の負荷要求に基づき算出される第１の吸入空気量を表すパラメータとして、スロットル開度ＴＡを用いる。また、燃圧センサ２２で検出された燃料の噴射圧ＰＦにより許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比とするための第２の吸入空気量を表すパラメータとして、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを用いる。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとするようにしている。
【００４４】
以下、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によるスロットル弁６の開度算出処理を、図２を併せ参照して詳細に説明する。
この図２は、上記開度算出処理の手順を示している。なお、本実施の形態において、この開度算出処理は、所定時間毎における割り込み処理として電子制御装置１０により繰り返し実行される。
【００４５】
この処理が開始されると、まず、アクセル開度ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥに基づいてスロットル開度ＴＡが求められる（Ｓ１１０）。
次に、燃圧センサ２２で検出された噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。この所定値ＰＦｍｉｎは、触媒１９の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値であり、予め実験等に基づいて設定されている。そして、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎよりも高いときには（Ｓ１２０でＮＯ）、触媒１９の損傷は生じ得ないと判断され、スロットル開度ＴＡがそのまま最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとして設定され（Ｓ１３０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、スロットル開度ＴＡ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度は運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【００４６】
一方、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下のときには（Ｓ１２０でＹＥＳ）、触媒１９の損傷が生じるおそれがあるとして、以下の処理が引き続き行われる。
まず、噴射圧ＰＦ、機関回転速度ＮＥに基づき、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが求められる（Ｓ１４０）。この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘは、噴射圧ＰＦにおいて許容される燃料の最大噴射量に対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度であり、次のようにして求められる。
【００４７】
まず、燃料噴射が可能な噴射時間は、機関回転速度ＮＥの増加に伴って短くなる傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の機関回転速度ＮＥにおける最大燃料噴射時間ＴＡＵｍａｘが算出される。また、燃料噴射時間内に噴射される燃料量は、噴射圧ＰＦが低くなるにつれて減少する傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の噴射圧ＰＦにおいて、最大燃料噴射時間ＴＡＵｍａｘ内に噴射できる最大燃料噴射量Ｑｍａｘが算出される。すなわち、現在の噴射圧ＰＦにより許容される燃料の最大噴射量が算出される。そして、この最大燃料噴射量Ｑｍａｘにおいて空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が求められ、この求められた吸入空気量が得られるスロットル開度として、上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが求められる。
【００４８】
次に、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘと上記スロットル開度ＴＡとが比較される（Ｓ１５０）。そして、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上である場合には（Ｓ１５０でＹＥＳ）、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘが最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定され（Ｓ１６０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度は、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度に調整される。
【００４９】
他方、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ未満である場合には（Ｓ１５０でＮＯ）、スロットル開度ＴＡが最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定され（Ｓ１３０）、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮ（この場合、スロットル開度ＴＡ）に対応した制御量でアクチュエータ１２が駆動され、スロットル弁６の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【００５０】
このように、本実施の形態における開度算出処理では、噴射圧ＰＦにおいて許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られる最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを算出するようにしている。従って、スロットル弁６の開度が、この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを越えない限り、空燃比を理論空燃比にすることができる。
【００５１】
そして、スロットル開度ＴＡが、このように設定される最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上である場合には、スロットル開度ＴＡで得られる吸入空気量が、噴射圧ＰＦにおいて噴射可能な最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して過剰になる場合であり、空燃比がリーンになる。そこで、スロットル弁６の開度は、スロットル開度ＴＡよりも小さい上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘに設定され、理論空燃比を確保し得るスロットル開度に調整されるようにしている。
【００５２】
一方、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下であっても、運転者の負荷要求に応じて算出されたスロットル開度ＴＡの値が小さく、吸入空気量ＧＮが少ないときには、要求される燃料噴射量が上記最大燃料噴射量Ｑｍａｘよりも少なくなる場合もある。この場合には、上記スロットル開度ＴＡで得られる吸入空気量でも、混合気の空燃比を理論空燃比にすることができるため、あえてスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘよりも小さくする必要はない。そこで上記開度算出処理では、スロットル開度ＴＡが最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ未満である場合には、運転者の負荷要求に応じた吸入空気量を確保するべく、上記スロットル開度ＴＡにスロットル弁６の開度が調整される。
【００５３】
このように、本実施の形態では、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができるため、噴射圧の低下に起因して生じやすくなる空燃比のリーン化を回避することができ、もって触媒１９の損傷を抑えることができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）現在の噴射圧ＰＦで噴射できる最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとして算出するようにしている。
【００５５】
そして、この最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘと運転者の負荷要求に基づき算出されたスロットル開度ＴＡのうち、いずれか小さい方を最終スロットル開度ＴＡＦＩＮに設定している。従って、スロットル開度として最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘ以上の開度が設定されることはなく、燃料の噴射圧ＰＦが低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができる。そのため、燃料の噴射圧ＰＦの低下に起因する空燃比のリーン化が回避され、触媒１９の損傷を抑制することができるようになる。
【００５６】
（２）燃料の噴射圧ＰＦと所定値ＰＦｍｉｎとの比較に基づき、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較を実行するか否かの判断を行うようにしている。そのため、触媒１９の損傷のおそれがないときには、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出やスロットル開度ＴＡとの比較が行われなくなり、同算出や比較を実行する電子制御装置１０の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【００５７】
（３）空燃比を理論空燃比にすることのできるスロットル開度を最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとして算出するようにしている。従って、燃料の噴射圧ＰＦが低下し、空燃比がリーン化する場合であっても、空燃比が理論空燃比にされる。そのため、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられ、もって触媒１９の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００５８】
（４）吸入空気量を調量するスロットル弁６の制御量、すなわちスロットル弁６の開度と吸入空気量とは相関関係にある。そこで、運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル開度ＴＡを用いるようにしている。また、そのときの燃料の噴射圧ＰＦにより許容される最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対して空燃比を理論空燃比とすることのできる第２の吸入空気量を表すパラメータとして最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを用いるようにしている。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとするようにしている。従って、吸入空気量を調量する調量機構を構成するスロットル弁６の開度が上記スロットル開度ＴＡや最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘに設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【００５９】
（５）気体燃料を用いる内燃機関２では、燃料タンク３０内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧ＰＦが低下しやすい。このような内燃機関２に、本実施の形態にかかる吸入空気量制御装置を適用している。従って、燃料の噴射圧が低下しやすい内燃機関２において、触媒１９の損傷を抑制することができるようになる。
【００６０】
（６）本実施の形態では、触媒１９の損傷を抑制するために、前述した公報に記載の装置のような燃料カットを行っていない。そのため、燃料カットに起因するドライバビリティの悪化を防ぐこともできるようになる。
【００６１】
なお、上記各実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、触媒１９の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値を所定値ＰＦｍｉｎとして設定した。これに代えて、運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧よりも燃料の噴射圧ＰＦが低下したときには、必ず上記最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘを最終スロットル開度ＴＡＦＩＮとして設定するようにしてもよい。例えば、触媒１９の損傷が確実に発生する噴射圧の最大値を実験等を通じて予め求め、その実験から得られた値を上記所定値ＰＦｍｉｎとして設定し、図２に示したスロットル開度ＴＡと最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとの比較処理（Ｓ１５０）を省略するようにしてもよい。
【００６２】
・上記実施の形態では、噴射圧ＰＦが所定値ＰＦｍｉｎ以下のときに、最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び同最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較を行うようにした。これに代えて、図２に示したＳ１２０の処理、すなわち噴射圧ＰＦと所定値ＰＦｍｉｎとの比較判定処理を省略するようにしてもよい。この場合には、噴射圧ＰＦにかかわらず、常に最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘの算出、及び同最大許容スロットル開度ＴＡｍａｘとスロットル開度ＴＡとの比較が行われるようにはなるものの、上記実施の形態に準ずる作用効果を得ることができるようになる。
【００６３】
・上記実施の形態では、目標空燃比を理論空燃比に設定した場合の開度算出処理について説明した。ここで、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒１９の損傷は抑制することができる。この点を考慮し、目標空燃比として、触媒１９の損傷を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。
【００６４】
また、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ混合気の失火は生じにくく、触媒１９の損傷は抑制することができる。さらに、失火が生じにくい状況、すなわち燃料の燃焼が正常に行われる状況では、排気中の未燃焼ガスの量も低く抑えられている。この点を考慮し、目標空燃比として、混合気の失火発生を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。これらの場合であっても、燃料の噴射圧ＰＦの低下による触媒１９の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【００６５】
・上記実施の形態では、吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル弁６の開度を用いた。この他にも、吸気バルブや排気バルブのリフト量、あるいはバルブタイミングなどを機関運転状態に応じて変更することで、吸入空気量を調量する調量機構を備える内燃機関にあっては、吸入空気量を表すパラメータとして、上記リフト量やバルブタイミングなどを用いるようにしてもよい。
【００６６】
・上記実施の形態では、燃圧センサ２２をデリバリパイプ３４に設けたが、燃料噴射弁１６の噴射圧ＰＦを検出することができる箇所であれば、どこに設けてもよい。
【００６７】
・上記実施の形態では、圧縮天然ガスを燃料として用いる内燃機関に本発明にかかる吸入空気量制御装置を適用した場合について例示した。しかしながら、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料の噴射圧が低下すると、上述した理由により触媒の損傷が生じるおそれはあり、このような各内燃機関にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態について、その概略構成を示す図。
【図２】同実施の形態によるスロットル弁の開度算出の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２…内燃機関、２ａ…シリンダ、２ｂ…ピストン、２ｃ…燃焼室、４…吸気通路、６…スロットル弁、１０…電子制御装置、１２…アクチュエータ、１６…燃料噴射弁、１８…排気通路、１９…触媒、２０…吸入空気量センサ、２１…スロットル開度センサ、２２…燃圧センサ、２３…機関回転速度センサ、２４…アクセル開度センサ、３０…燃料タンク、３１…高圧燃料配管、３２…減圧弁、３３…低圧燃料配管、３４…デリバリパイプ。
Claims (6)
- 運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を理論空燃比とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、
触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行う
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 運転者の負荷要求に基づき算出された第１の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を排気系の触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値とするための第２の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する第１の処理と、
触媒の損傷を回避し得る噴射圧の最小値を判定値として、前記第１の処理に先立ち実際の噴射圧が前記判定値よりも大きいか否かを判定し、大きい旨の判定結果が得られたときには前記第１の処理による目標吸入空気量の設定に代えて前記第１の吸入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の処理とを行う
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 請求項１または２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、
前記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを、燃料の噴射圧に基づいて判定する
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、
前記吸入空気量を表すパラメータとして、吸入空気量を調量する調量機構の制御量が用いられる
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、
前記調量機構の制御量として、吸気通路内に設けられるスロットル弁の開度が用いられる
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、
前記内燃機関は、気体燃料を用いる内燃機関である
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
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